Состоялось открытие первой Всесибирской физикоматематической олимпиады, на которую приехало 250 ребят из Сибири и Дальнего Востока, предварительно прошедших первые два тура. Третий тур состоялся после полуторамесячной школы, во время которой ребята слушали лекции, решали оригинальные задачи, посетили многие институты, защищали фантастические проекты и, конечно, отдыхали.
Во дворе дома, где жили ребята, у бездействующего фонтана каждый вечер под названием «Встреча у фонтана» проходили встречи, вели их М. А. Лаврентьев, С. Л. Соболев, А. М. Будкер (председатель оргкомитета олимпиады), А. А. Ляпунов и другие известные ученые. В подготовке и проведении олимпиады приняли участие многие сотрудники ИЯФ: Э. Кругляков, С. Моисеев, С. Хейфец, В. Байер, А. Галеев, Е. Кушниренко, В. Сынах, Ю. Хриплович. Среди учеников школы были будущие ияфовцы: В. Балакин, В. Пархомчук, В. Савкин, Ю. Бельченко, А. Кирпотин, В. Мазепус.
Государственным комитетом Совета Министров СССР принято решение о перевозе установки ВЭП-1 в Новосибирск и обеспечении начала экспериментов в конце 1962 – начале 1963 гг.
Демонтаж комплекса ВЭП-1 в Институте атомной энергии им. Курчатова и отправка его в Новосибирск. Руководство работ по монтажу ВЭП-1 и организации его запуска было поручено Г. И. Димову, имевшему практический опыт по разработке и сооружению синхротрона «Сириус» в Томске. В самом запуске Г. И. Димов не участвовал, запуском руководил А. Н. Скринский.
Постановлением № 155 Президиума СО АН СССР утвержден первый Ученый совет ИЯФ СО АН СССР. Это был первый шаг А. М. Будкера к созданию системы «круглого стола», успешно функционирующей многие годы. И расскажем о некоторых уникальных разработках института им. Будкера.
Уникальная научная установка «Комплекс ДОЛ»: длинные открытые ловушки
Для демонстрации работы термоядерного реактора уже строится опытная экспериментальная установка ИТЭР во Франции. Когда она будет запущена, встанет вопрос – на основе какой системы строить коммерческий термоядерный реактор? Существует несколько вариантов – токамак, линейные ловушки, конфигурация с обращенным полем и другие варианты.
Сейчас наиболее развито направление токамаков, но и альтернативные системы обладают рядом достоинств. Возможно, в будущем токамак будет вытеснен или станет сосуществовать с другими типами реакторов, как сейчас уживаются бензиновый и дизельный двигатели. ИЯФ занимается альтернативным направлением – открытыми ловушками для удержания плазмы.
Промышленные ускорители
Около десяти типов ускорителей электронов разрабатывались в ИЯФ с ориентацией на применение в промышленных радиационных технологиях. Однако до состояния «широкого применения» развились только ускорители выпрямительного типа серии ЭЛВ и ускорители высокочастотного однорезонаторного типа серии ИЛУ. Эти ускорители, начав свое существование как «побочный продукт» академической науки, в настоящее время производятся как результат научной работы двух специализированных лабораторий Института.
Несколько модификаций ускорителей серии ЭЛВ обеспечивают пучок электронов в интервале энергии от 0,4 до 2,5 МэВ при мощности до 400 кВт. Пять модификаций ускорителей серии ИЛУ создают пучок электронов в интервале энергии от 0,6 до 10 МэВ при мощности пучка до 100 кВт.
Многорезонаторный ИЛУ-14 при энергии электронов 10 МэВ имеет мощность пучка до 100 кВт. Этот набор ускорителей по параметрам электронного пучка удовлетворяет большинству известных ныне радиационных технологических процессов и производств.
Последние модификации ускорителей серии ЭЛВ, такие как ЭЛВ-6М и ЭЛВ-12, благодаря большой мощности электронного пучка (до 400 кВт) и высокому коэффициенту полезного действия (до 90%) подходят для использования в быстроразвивающихся сейчас природоохранных технологиях, таких, например, как очистка дымовых выбросов электростанций и очистка промышленных сточных вод.
И вообще, высокий КПД является одним из основных преимуществ ЭЛВ перед любыми другими ускорителями. В свою очередь, новые модификации ускорителей ИЛУ с высокой (до 10 МэВ) энергией электронов пучка (ИЛУ-10 и ИЛУ-12/14) вполне соответствуют требованиям процесса электронно-лучевой стерилизации в медицине, фармакологии, пищевой промышленности. Здесь обрабатываемой продукцией являются одноразовые шприцы, системы переливания крови, одноразовое белье медперсонала, сырье для производства лекарств, новые медицинские препараты.
Электронный пучок ускорителей ЭЛВ может выводиться в атмосферу в виде тонкого луча диаметром 1-2 мм. Плотность тепловой энергии такого пучка чрезвычайно высока. Это позволяет использовать его в процессах резки и сварки, закалки и наплавки металлов, в процессах нанотехнологии, например, в производстве нанопорошков. Для ускорителей ИЛУ разработан конвертер энергии электронного пучка в энергию тормозного излучения. В поле такого излучения возможна обработка материалов и продуктов большой массовой толщины (изделия в упаковке, продукты в пакетах).
Современный этап развития источников радиации характеризуется тем, что в дополнение к усовершенствованию самих ускорителей электронов, в Институте разрабатываются новые радиационные технологии и оборудование для их реализации. Примером таких разработок могут служить установки на основе ускорителей для высококачественного облучения изоляции провода и термоусаживаемых труб с производительностью до 500 м/мин.
Заводы, использующие ускорители серии ЭЛВ, практически являются монополистами в России и на территории бывшего СCСР по производству кабелей для атомных электростанций и буровых установок (нефтепогружной кабель) и вообще почти всей кабельной продукции.
В течение многих лет в Институте интенсивно работают два облучательных стенда «общего пользования» на основе ускорителей ИЛУ и ЭЛВ. На этих стендах решаются научные и технологические задачи по радиационной тематике. В разработках, кроме сотрудников ИЯФ, принимают участие российские и иностранные специалисты.
Радиационная стерилизация (медицина и фармацевтика), обработка проводниковых приборов, процессы радиационно-термического высокотемпературного газофазного синтеза, электронно-лучевая вневакуумная наплавка защитных покрытий на титановые сплавы и многие другие радиационные технологические процессы, доведены до очень высокой стадии готовности к широкому применению.
Эти разработки являются своеобразным «планом» будущих применений электронных пучков промышленных ускорителей. По многим абсолютным и удельным параметрам, включая надежность и долговечность, ускорители ИЛУ и ЭЛВ не уступают образцам аналогичной продукции известных мировых производителей. Это дает им возможность выдерживать жесткую конкуренцию на мировом рынке. К настоящему времени поставлено предприятиям внутри страны и иностранным фирмам около четырех десятков ускорителей серии ИЛУ и более 100 ускорителей серии ЭЛВ.
Среди стран-покупателей - США, Япония, Корея, Китай, Малайзия, Индия, Италия, Германия, Чехия, Польша, Венгрия и др. ИЯФ, имея собственное производство, множество технологических линий и уникальных методик, а главное - имея богатый опыт производства высококлассного физического оборудования, является мировым лидером по объему и качеству производства ускорителей ИЛУ и ЭЛВ.
Система Рентгеновского Контроля (СРК) «Сибскан»
Ситуация с международным терроризмом и криминогенной обстановкой в некоторых странах вызвала необходимость в дополнительных мерах по досмотру людей с целью обнаружения спрятанных на теле и в одежде опасных предметов, веществ и оружия. Если искать не только металлические предметы, но также взрывчатые вещества и оружие, сделанные из пластмасс, то единственным методом для этой цели может служить только рентгеновское просвечивание. Такой метод давно применяется в аэропортах с целью обследования багажа, но при этом доза не играет существенной роли. Между тем для досмотра людей могут быть применены только установки с экстремально низкими дозами облучения.
В ИЯФ СО РАН разработан и сейчас успешно применяются медицинские малодозные цифровые рентгенографические установки. Имеющийся опыт был применен для создания микродозовых систем рентгеновского контроля, предназначенных для досмотра людей в аэропортах, таможнях, на входах в офисы, банки, стадионы, атомные станции и т.п.
СРК «Сибскан» обеспечивает:
1. Возможность обнаружения подозрительных малоконтрастных объектов вне тела (в одежде, сбоку), на фоне наиболее плотных частей тела, а также внутри тела.
2. Ультранизкие дозы рентгеновского облучения, сравнимые с фоновой дозой.
3. Большой размер снимка (больше, чем высота и ширина среднего человека).
4. Короткое время досмотра.
5. Наличие программного обеспечения, позволяющего проводить анализ снимка за короткое время.
6. Минимум неудобств, связанных с досмотром.
7. Высокую пропускную способность.
В конструкции установки использован принцип сканирования человека плоским веерообразным лучом. После окончания сканирования снимок сразу появляется на экране дисплея. Низкие геометрических искажений существенно облегчает поиск подозрительных предметов на снимке. Досмотр становится более эффективным, быстрым и удобным для пассажиров и персонала.
Основные параметры СРК:
∙ Максимальная высота сканирования - 2000 мм
∙ Ширина снимка - 800 мм
∙ Размер канала (разрешение) - 1.5х1.5 мм
∙ Скорость сканирования - 40 см/с
∙ Максимальное время сканирования - 5 с
∙ Максимальная пропускная способность - 3 чел./мин
∙ Доза за один досмотр ~ 0,3 мкЗв ** эквивалентно 10 % от суточной фоновой дозы на поверхности земли.
Система имеет все разрешительные документы и защищена патентом. Разработанные в ИЯФ СО РАН установки уже работают во многих аэропортах России, станциях метро и других местах.
Вигглеры и ондуляторы
Главная характеристика источника синхротронного излучения (СИ) - спектральная яркость потока излучения, которое взаимодействует с изучаемым образцом. Повышение спектральной яркости на уже существующих источниках СИ связано с коренной модернизацией всей структуры ускорителей, что требует больших финансовых вложений.
Поэтому наиболее экономически выгодный вариант – это установка в свободные промежутки накопителя специальных сверхпроводящих магнитов с высоким уровнем магнитного поля так называемых «вигглеров», которые локально изменяют траекторию электронного пучка для генерации синхротронного излучения нужными характеристиками.
Такие «вставные устройства» являются очень гибким инструментом для генерации СИ, так как не влияют на орбиту накопителя вне места их установки и позволяют локально создавать именно такую конфигурацию магнитного поля, которая необходима для проведения конкретного эксперимента, не создавая помех другим пользователям СИ.
Установка таких устройств позволяет на порядки увеличить интенсивность СИ, по сравнению с излучением из поворотных магнитов, изменить спектрально-угловые и поляризационные характеристики излучения (монохроматичность, поляризация, и др.). Кроме того, возможность создания высокого уровня магнитного поля (до ~10 Тл), благодаря использованию сверхпроводимости, даёт возможность генерировать более «жёсткий» спектр излучения фотонов (до 100 кэВ). Это позволяет продлить жизненный цикл уже существующих источников и проводить на них такие же эксперименты, как и на более дорогих современных источниках СИ.
Одним из видов вставных устройств являются сверхпроводящие шифтеры, которые предназначены для сдвигания спектра излучения в коротковолновую область. Шифтер представляет собой магнит, состоящий из одного центрального диполя (полюса) с высоким уровнем магнитного поля и двух боковых полюсов с низким полем, предназначенных для компенсации искажения орбиты, произведённого центральным полюсом. ИЯФ СО РАН производит шифтеры с любой конфигурацией магнитного поля, определяемой условиями эксперимента.
Наиболее эффективным является использование многополюсных сверхпроводящих вставных устройств со знакопеременным полем, яркость излучения из которых прямо пропорциональна числу магнитных полюсов. Основные параметры таких вигглеров оптимизируются для получения необходимого потока фотонов в нужном диапазоне с учётом требований эксперимента и характеристик конкретного источника СИ. Можно условно разделить такие вигглеры на несколько групп, каждая из которых предназначена для решения своих специфических задач.
Установка вигглеров с высоким уровнем поля (7–7.5 Тл) на источники СИ с низкой энергией (1-2.5 ГэВ) не только увеличивает величину потока фотонов, но и сдвигает спектр излучения в более жёсткую область и продлевает жизненный цикл уже существующих источников СИ. Большое угловое отклонение пучка с низкой энергией позволяет установить несколько каналов вывода излучения.
Вигглеры со средним уровнем поля и небольшим пространственным периодом изменения поля наиболее востребованы, благодаря удачному сочетанию этих параметров и типичных характеристик современных источников СИ. При установке таких вигглеров производится генерация максимального количества фотонов в наиболее используемом для исследований спектральном диапазоне.
Вигглеры с коротким периодом (30-34 мм) и низким уровнем поля (2 – 2.2 Тл) приближаются по параметрам к ондуляторам, так как в низкоэнергетическом диапазоне в спектре их излучения начинают проявляться когерентные свойства.
Особенностью криостатов, обеспечивающих температуру жидкого гелия на сверхпроводящих обмотках вигглеров, является дополнительная тепловая нагрузка на вакуумную камеру со стороны токов изображения от электронного пучка и от синхротронного излучения. Основная концепция криостата на основе промышленно выпускаемых криокулеров состоит в перехвате всех каналов притока тепла в жидкий гелий на холодильные головки криокулеров (с температурами 60К, 20К и 4К) полностью предотвращая испарение жидкого гелия.
ИЯФ СО РАН разрабатывает на коммерческой основе под ключ специализированные сверхпроводящие вставные устройства для генерации синхротронного излучения, адаптируя их параметры под конкретный источник СИ и условия проведения эксперимента. Генерируемое излучение перекрывает весь необходимый для экспериментаторов спектральный диапазон, обеспечивая максимально возможный поток фотонов и позволяя автономно работать в условиях ограниченного доступа без расхода жидкого гелия.
В настоящее время ИЯФ СО РАН занимает лидирующие позиции в создании сверхпроводящих генераторов синхротронного излучения. Созданные в ИЯФ СО РАН более 20 различных сверхпроводящих вигглеров используются для генерации излучения в более, чем 10 центрах СИ во всем мире: LSU-CAMD (США), BESSY-II (Германия), ELETTRA (Италия), CLS (Канада), DLS (Англия), LNLS (Бразилия), ALBA (Испания), AS (Австралия), ANKA (Германия) и КИСИ (Москва).